(57)【要約】【課題】低周波数帯域を補償するフィルタと高周波数帯域を補償するフィルタにおける係数語長を短くし回路規模の縮小を達成しかつ粗サーボと密サーボの正常な動作制御を行う。【解決手段】２軸アクチュエータ５１  Ｐ（ｓ）及びスレッド５２  Ｓ（ｓ）からなる制御対象４１を有するサーボ制御系において、アクチュエータを動作制御する制御信号を算出する際の低周波数帯域強調を積分で行う制御器４０と、スレッドサーボ制御信号を積分で生成するスレッドサーボ制御器５６  Ｋ２（ｓ）とを備え、アクチュエータの低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行うとともに、スレッド２０を動作させるスレッド駆動用モータ３９を動作制御するスレッドサーボ制御信号もまた積分要素を用いて生成する。【選択図】図２
2006344311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗動作を制御する粗サーボと密動作を制御する密サーボとを有する制御対象に対してその動作目標値と実際の制御対象の角度又は位置との差分に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
上記誤差信号をディジタル信号に変換しディジタル化誤差信号を出力する信号変換手段と、
上記ディジタル化誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することで上記密サーボを動作制御する制御信号を算出する第１の制御演算手段と、
上記粗サーボを動作制御する制御信号を生成する第２の制御演算手段と、
上記第１の制御演算手段及び上記第２の制御演算手段による演算結果をアナログ信号に変換して上記制御対象に出力する信号変換手段とを備え、
上記制御信号に基づいて粗サーボ及び／又は密サーボの角度又は位置を目標値へ向けて動作制御するサーボ制御装置において、
上記第１の制御演算手段は、上記低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行い、上記第２の制御演算手段もまた積分演算を用いて制御信号を生成することを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
上記第１の制御演算手段によって積分演算で生成された制御信号が上記第２の制御演算手段に入力されることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
上記密サーボの出力値が上記第２の制御演算手段に入力されることを特徴とする請求項１記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
粗動作を制御する粗サーボと密動作を制御する密サーボとを有する制御対象に対してその動作目標値と実際の制御対象の角度又は位置との差分に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出工程と、
上記誤差信号をディジタル信号に変換しディジタル化誤差信号を出力する信号変換工程と、
上記ディジタル化誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することで上記密サーボを動作制御する制御信号を算出する第１の制御演算工程と、
上記粗サーボを動作制御する制御信号を生成する第２の制御演算工程と、
上記第１の制御演算工程及び／又は上記第２の制御演算工程での演算結果をアナログ信号に変換して上記制御対象に出力する信号変換工程とを有し、
上記制御信号に基づいて粗サーボ及び／又は密サーボの角度又は位置を目標値へ向けて動作制御するサーボ制御方法において、
上記第１の制御演算工程では、上記低周波数帯域を強調する演算が積分演算で行われ、上記第２の制御演算工程でも積分演算により制御信号が生成されることを特徴とするサーボ制御方法。
【請求項５】
上記第１の制御演算工程において積分演算で生成された制御信号が上記第２の制御演算工程で入力され上記粗サーボを動作制御する制御信号が生成されることを特徴とする請求項４記載のサーボ制御方法。
【請求項６】
上記密サーボの出力値が上記第２の制御演算工程で入力され上記粗サーボを動作制御する制御信号が生成されることを特徴とする請求項４記載のサーボ制御方法。
【請求項７】
光ビームを射出する光源と、光源からの光ビームを記録再生ディスク上に照射する又はディスク面上で反射された反射ビームを受光する対物レンズと、上記反射ビームを電気信号に変換する受光手段とを有しスレッド上に配置される記録再生素子と、
上記記録再生素子が上記記録再生ディスク上のしかるべき目標位置に対して記録再生するために上記スレッドを上記記録再生ディスク半径方向にモータ駆動により粗動作するスレッドモータと、上記対物レンズを密動作するトラッキングアクチュエータと、
上記記録再生素子を上記目標位置まで駆動するための制御信号の目標値と上記スレッドモータ及び上記トラッキングアクチュエータの実際の角度又は位置との差分に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、
上記誤差信号をディジタル信号に変換しディジタル化誤差信号を出力する信号変換手段と、
上記ディジタル化誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することで上記トラッキングアクチュエータを動作制御する制御信号を算出する第１の制御演算手段と、
上記スレッドモータを動作制御する制御信号を生成する第２の制御演算手段と、
上記第１の制御演算手段及び上記第２の制御演算手段による演算結果をアナログ信号に変換して上記スレッドモータ及び上記トラッキングアクチュエータに出力する信号変換手段とを備え、
上記制御信号に基づいて上記スレッドモータ及び／又は上記トラッキングアクチュエータの角度又は位置を目標値へ向けて動作制御するサーボ制御装置を備えた光ディスク記録再生装置において、
上記第１の制御演算手段は、上記低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行い、上記第２の制御演算手段もまた積分演算を用いて制御信号を生成することを特徴とする光ディスク記録再生装置。
【請求項８】
上記第２の制御演算手段は、トラッキング方向の誤差信号を積分した信号を用いて上記スレッドモータを駆動するスレッドサーボ制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載の光ディスク記録再生装置。
【請求項９】
上記第２の制御演算手段は、トラッキング方向の誤差信号に関する上記第１の制御演算手段によって生成された上記トラッキングアクチュエータの制御信号を用いて上記スレッドモータを動作制御する制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載の光ディスク記録再生装置。
【請求項１０】
上記第２の制御演算手段は、上記トラッキングアクチュエータのトラッキング方向位置又はトラッキング方向の誤差信号から算出される上記トラッキング方向位置の推定値を用いて上記スレッドモータを動作制御する制御信号を生成することを特徴とする請求項７記載の光ディスク記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ディスクに対してレーザ光の集光位置を一定に保つためのサーボ制御を行うサーボ制御装置及びサーボ制御方法に関する。また、このサーボ制御装置を搭載した光ディスク記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスク記録再生装置においては、レーザ光を一定位置に集光するために、サーボ制御が行われる。具体的には、ディスク半径方向の集光位置ずれを補正するトラッキングサーボ制御、及びディスク垂直方向の集光位置ずれを補正するフォーカスサーボ制御が行われる。
【０００３】
サーボ制御器では一般に低周波成分の強調と高周波での位相進み遅れ補償を行っている。具体的には、誤差信号の低周波成分を強調して低周波の位置ずれを抑圧し、高周波では位相進み遅れ補償を行い、制御系を安定に動作させる。上記制御器の制御パラメータは、一般に低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数、低周波数帯域強調の高域カットオフ周波数、位相進み周波数、位相遅れ周波数、及び制御器ゲインの５つである。この５つの制御パラメータについて、ディジタルサーボ制御系の開ループ周波数特性を測定しながら、必要低域ゲイン、位相余裕、ゲイン余裕を考慮して調整を行い、サーボ制御を実現している。
【０００４】
しかしながら、ディジタルサーボ系においては低い周波数を正確に実現しようとすると、係数語長を長くする必要があり、これにより、ハードウェア規模が大きくなる、演算時間も長くなる、などのデメリットが生じる。具体的には、上記サーボ制御器において、特に低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数をディジタルフィルタで正確に実現しようとすると、上記ディジタルフィルタの係数語長を長くする必要があり回路規模が大きくなる。また、演算時間も長くなる。
【０００５】
その対策として、例えば、特許文献１には、制御器を構成するディジタルフィルタを、低周波数帯域を補償する第１フィルタと高周波数帯域を補償する第２フィルタとに分け、第１フィルタを低いサンプリング周波数で駆動することで係数語長を短くする工夫が提案されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術であっても、第１フィルタを低いサンプリング周波数で駆動するためのダウンサンプリング回路などが新たに必要になり、回路設計が複雑になって製造者にとって煩雑である。
【０００６】
また、トラッキングサーボ（密サーボ）の低域強調を積分にすると係数語長も短く外乱にも強いことが知られている。
【０００７】
以下、従来の光ディスク記録再生装置において、アクチュエータのサーボ制御における低域強調を積分で行うときのサーボ制御系について図面を用いて説明する。従来の光ディスク記録再生装置の制御系を図７に示す。
【０００８】
制御系は、演算Ｋ（ｓ）により制御信号ｕを得る制御器１０１と、制御信号ｕから伝達関数Ｐ（ｓ）で位置ｙが決定される制御対象１０２とを有する。
【０００９】
図７中ｒは、記録再生素子の目標位置である。記録再生素子が本来あるべき位置である。図７中ｄは、目標位置に加わる外乱である。ディスクの周ぶれ等がこれに相当する。図７中ｅは、位置誤差である。また、位置誤差ｅは、外乱ｒに応じて変化した記録再生素子の目標位置ｒ＋ｄと制御対象の実際の位置ｙの差ｒ＋ｄ−ｙに相当する。従来の光ディスク記録再生装置のサーボ制御系では、光ディスクの記録層に光ビームを合焦するとともに光ディスクの記録面で反射した戻り光を検出する記録再生素子に加わる外乱ｄや実際の位置ｙは直接検出できない。そのため、位置誤差ｅ＝ｒ＋ｄ−ｙを検出し、この位置誤差ｅに応じてサーボ制御を行う。図７の例では、この位置誤差ｅは、トラッキングエラー信号に対応する。
【００１０】
図７に示す制御器１０１の制御パラメータは、低周波数帯域強調の低域カットオフ角周波数ａ、低周波数帯域強調の高域カットオフ角周波数ｄ、位相進み角周波数ｃ、位相遅れ角周波数ｕ、及び制御器ゲインＫｐの５つがある。この制御演算を経て演算結果が制御信号ｕとして出力され、この制御信号ｕに基づいて制御対象１０２であるアクチュエータが駆動されて記録再生素子の位置ｙが決まる。位置誤差ｅは、誤差信号を検出する加減算部１０３において検出される。
【００１１】
制御信号ｕから記録再生素子の位置ｙへの伝達関数は、図７中のＰ（ｓ）で表される。Ｐ（ｓ）は、一般的に、レンズ部等を保持する弾性体の弾性係数とレンズ部等の重量から決まる２次共振要素で表される。ω／２πは、数十Ｈｚ程度、ζは０．１〜０．０１である。
【００１２】
通常、制御器１０１  Ｋ（ｓ）の低周波数帯域強調の低域カットオフ角周波数ａは、ディスク回転周波数に対応して決定されるものであり、数１０Ｈｚ相当に設定される。一例として、−ａ／２π＝３０Ｈｚ、−ｂ／２π＝３００Ｈｚ、−ｃ／２π＝２０００Ｈｚ、−ｄ／２π＝１８０００Ｈｚ、Ｋp＝１０．９という制御器１０１をサンプリング周波数２５０kＨｚのディジタル制御で実現するときの詳細について説明する。
【００１３】
このときの制御系の構成を図８に示す。図７中の制御器１０１  Ｋ（ｓ）が図８では、サンプラ１０４、ディジタル制御演算器１０５  Ｋ（ｚ）、０次ホルダ１０６で実現されている。ディジタル制御演算器４４  Ｋ（ｚ）の係数を双一次変換により求めると、ａｚ＝０．９９９２４６３０２、ｂｚ＝０．６３１０６２３８１、ｃｚ＝０．９９２４８８４９５、ｄｚ＝０．９５０９６６８５５、Ｋｐｚ＝９．１４３６１となる。このディジタル制御演算器１０５  Ｋ（ｚ）を係数語長２０ｂｉｔ、１９ｂｉｔ、１８ｂｉｔで実現したときのそれぞれの制御器の周波数特性を図９に示す。比較のため、連続系での制御器周波数特性も併せて示す。係数語長２０ｂｉｔの場合は連続系の場合とほぼ一致しているが、１９ｂｉｔ、１８ｂｉｔでは低域で差が見られる。連続系と同等の特性を得るには２０ｂｉｔ必要であることがわかる。
【００１４】
ここで、低周波数帯域強調を積分で実現する場合について述べる。これは連続系の制御器１０１  Ｋ（ｓ）で−ａ／２π＝０とすることに相当する。まず、低周波数帯域強調を積分で実現したときの影響を見るため、外乱特圧特性を比較する。Ｇｐ＝４×１０８としてシミュレーションした結果を図１０に示す。
【００１５】
外乱抑圧特性を比較すると、差が見られるのは３０Ｈｚ以下の低域であり、積分を用いると外乱抑圧効果が大きく良好であることがわかる。−ａ／２πのみ０とし、他のパラメータは同じであるとしてディジタル制御器１０１  Ｋ（ｚ）のパラメータを双一次変換で求めると、ａｚ＝１．０、ｂｚ＝０．６３１０６２３８１、ｃｚ＝０．９９２４８８４９５、ｄｚ＝０．９５０９６６８５５、Ｋｐｚ＝９．１４７０６となる。
【００１６】
この制御器１０１  Ｋ（ｚ）を係数語長１６ｂｉｔ、１５ｂｉｔ、１４ｂｉｔで実現したときの制御器周波数特性を図１１に示す。連続系での制御器周波数特性も併せて示す。
【００１７】
係数語長１６ｂｉｔの場合は連続系の場合とほぼ一致しているが、１５ｂｉｔ、１４ｂｉｔでは低域で差が見られる。連続系と同等の特性を得るには１６ｂｉｔで十分であることがわかる。このように、低周波数帯域強調を積分で行うことで低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数は０となり、ディジタルフィルタの係数も１となるため、低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数−ａ／２πに関しては乗算をする必要がなく係数語長を考慮する必要もなくなる。係数語長は、低周波数帯域強調の高域カットオフ周波数−ｃ／２πによって決まることになり、必要な係数語長を２０ｂｉｔから１６ｂｉｔに短くすることができる。
【００１８】
ディジタル信号の場合に図７及び図８で説明される制御系における制御器１０１の実現例を示す。図１２は、制御器１０１を並列構成で実現した例である。
【００１９】
Ｃａ、Ｃｃは（１）、（２）式で表される。−ａ／２π＝０の場合、ａｚ＝１となるので、ａｚの乗算は必要なくなる。このように、低域強調を積分で行えば、乗算器を１つ省くことができ、回路構成が簡略化できることがわかる。
【００２０】
【数１】
2006344311.tif 000003
【００２１】
【数２】
2006344311.tif 000004
【００２２】
トラッキングサーボ制御において低周波数帯域強調を積分で実現したときの制御系を図１３に示す。
【００２３】
この例では、点線で囲まれている範囲が制御対象全体であり、制御対象１０２が２軸アクチュエータ１１１  Ｐ（ｓ）及びスレッド１１２  Ｓ（ｓ）からなる。２軸アクチュエータ位置ｙｐ１とスレッド位置ｙｓ１が加算器１１３において加算されて最終的なレンズ位置ｙが決まる。Ｇｓｐ１１４は、スレッドから２軸アクチュエータへの干渉項であり、スレッドを動作させたときに２軸アクチュエータに加わるトルクを示す。図１３のように、干渉項Ｇｓｐ１１４を加算器１１５において制御信号ｕ１１に加算する構成と考えることができるが、以降で考察する定常状態では、スレッドから２軸アクチュエータへの影響が非常に小さいと考えられるため、Ｇｓｐ＝０と考えることができる。
【００２４】
図１３に示す制御系では、トラッキングサーボ制御器１０１  Ｋ１（ｓ）及びスレッドサーボ制御器１１６  Ｋ２（ｓ）によりレンズ位置制御が行われる。図１３の例では、スレッドサーボ制御器１１６は、トラッキングエラー信号ｅを入力とする構成になっている。
【００２５】
図１３に示す制御系において連続的にトラッキング制御を行うときのトラッキングサーボ制御系とスレッドサーボ制御系の挙動について考える。具体的にはトラッキングエラー信号ｅ及び２軸アクチュエータ位置ｙｐ１について考察する。
【００２６】
光ディスクでは一般に、トラックは、ディスク内周から外周に向けてスパイラル上に設けられており、連続的なトラッキング制御では、レンズは、内周から外周に連続的に移動する必要がある。したがって、連続的なトラッキング制御は、図１３の制御系の目標値ｒを図１３中に示すように時間とともに増加するランプ入力とすることに相当する。ここで、Ｋ１（ｓ）、Ｋ２（ｓ）、Ｐ（ｓ）、Ｓ（ｓ）をそれぞれ（３）〜（６）式で表す。ここでＫ２ｎ（ｓ）、Ｋ２ｄ（ｓ）は、ｓの多項式とする。また、スレッド及びスレッドモータは（６）式のように１次遅れ要素＋積分で表される。ランプ入力に対するエラー信号ｅの定常値ｅｓ、２軸アクチュエータ位置ｙｐ１の定常値ｙｐｓは、制御理論における最終値定理より（７）、（８）式のように表される。
【００２７】
【数３】
2006344311.tif 000005
【００２８】
【数４】
2006344311.tif 000006
【００２９】
【数５】
2006344311.tif 000007
【００３０】
【数６】
2006344311.tif 000008
【００３１】
【数７】
2006344311.tif 000009
【００３２】
【数８】
2006344311.tif 000010
【００３３】
まず、従来のトラッキングサーボ制御で低域強調を行なう場合、低周波数帯域強調を−ａ／２π＝３０Ｈｚとすると、エラー信号ｅの定常値ｅｓ、２軸アクチュエータ位置ｙp１の定常値ｙｐｓは、（９）、（１０）式のように書き直せる。いずれもＫ２ｄ（０）が定数であれば定数となり、Ｋ２ｄ（０）が０であれば０となることがわかる。
【００３４】
【数９】
2006344311.tif 000011
【００３５】
【数１０】
2006344311.tif 000012
【００３６】
すなわち、トラッキングサーボ制御において従来の低域強調を行なう場合であって、かつスレッドサーボ制御系の制御器Ｋ２（ｓ）として積分を含まない位相進み遅れ制御器を用いる場合には、Ｋ２ｄ（０）は定数であり、エラー信号の定常値ｅｓ及び２軸アクチュエータ位置の定常値ｙｐｓは定数になる。２軸アクチュエータ位置の定常値ｙｐｓが定数であるということは、パラメータを選択することにより、具体的にはスレッドサーボ制御器５６の直流ゲインＫ２（０）＝（Ｋ２ｎ（０）／Ｋ２ｄ（０））を大きくすることにより、２軸アクチュエータの可動範囲内で制御できることを意味する。
【００３７】
【特許文献１】特許第２６９２２５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
一方、トラッキングサーボ制御において積分で低域強調を行なう場合は、（９）、（１０）式でａ＝０とすることに相当し、（１１）、（１２）式のようになる。
【００３９】
【数１１】
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【００４０】
【数１２】
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【００４１】
したがって、トラッキングサーボ制御において低域強調を積分で行なう場合であって、かつスレッドサーボ制御系の制御器Ｋ２（ｓ）が積分を含まない位相進み遅れ制御器のような構成の場合は、Ｋ２ｄ（０）が定数となり、エラー信号の定常値ｅｓは、（１１）式より定数となるため問題ないが、２軸アクチュエータ位置の定常値ｙｐｓは、（１２）式よりランプ状に増加すると考えられる。したがって、２軸アクチュエータ位置は、ランプ入力にしたがってどこまでも移動することになるが、実際には２軸アクチュエータの可動範囲を超えて動作することはできないため、レンズが２軸アクチュエータの可動限界に衝突してしまい、正常なサーボ制御ができないことになる。
【００４２】
すなわちトラッキングサーボ制御器１０１の低周波数帯域強調を積分で行う場合には、スレッドサーボ制御器１１６  Ｋ２（ｓ）が積分を含まない構成では、連続的なトラッキング制御を行うと２軸アクチュエータが可動範囲を超えてしまい、現実的な制御が行えないことが理論的に証明される。
【００４３】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、低周波数帯域を補償するフィルタと高周波数帯域を補償するフィルタにおける係数語長を短くし回路規模を縮小することができ、かつ粗サーボと密サーボの正常な動作制御ができるサーボ制御装置、及びその方法、並びに低周波数帯域を補償するフィルタと高周波数帯域を補償するフィルタにおける係数語長を短くし回路規模を縮小することができ、かつ粗サーボと密サーボの正常な動作制御ができるサーボ制御機構を有する光ディスク記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００４４】
上述した目的を達成するために、本発明に係るサーボ制御装置は、粗動作を制御する粗サーボと密動作を制御する密サーボとを有する制御対象に対してその動作目標値と実際の制御対象の角度又は位置との差分に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、誤差信号をディジタル信号に変換しディジタル化誤差信号を出力する信号変換手段と、ディジタル化誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することで密サーボを動作制御する制御信号を算出する第１の制御演算手段と、粗サーボを動作制御する制御信号を生成する第２の制御演算手段と、第１の制御演算手段及び第２の制御演算手段による演算結果をアナログ信号に変換して制御対象に出力する信号変換手段とを備え、制御信号に基づいて粗サーボ及び／又は密サーボの角度又は位置を目標値へ向けて動作制御するサーボ制御装置において、第１の制御演算手段が低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行い、第２の制御演算手段もまた積分演算を用いて制御信号を生成することを特徴とする。
【００４５】
また、本発明に係るサーボ制御装置では、第１の制御演算手段によって積分演算で生成された制御信号が第２の制御演算手段に入力される構成としてもよい。更に、密サーボの出力値が第２の制御演算手段に入力される構成とすることもできる。
【００４６】
また、上述した目的を達成するために、本発明に係るサーボ制御方法は、粗動作を制御する粗サーボと密動作を制御する密サーボとを有する制御対象に対してその動作目標値と実際の制御対象の角度又は位置との差分に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出工程と、誤差信号をディジタル信号に変換しディジタル化誤差信号を出力する信号変換工程と、ディジタル化誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することで密サーボを動作制御する制御信号を算出する第１の制御演算工程と、粗サーボを動作制御する制御信号を生成する第２の制御演算工程と、第１の制御演算工程及び／又は第２の制御演算工程での演算結果をアナログ信号に変換して制御対象に出力する信号変換工程とを有し、制御信号に基づいて粗サーボ及び／又は密サーボの角度又は位置を目標値へ向けて動作制御するサーボ制御方法において、第１の制御演算工程で低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行い、第２の制御演算工程でも積分演算により制御信号が生成されるようにする。
【００４７】
また、本発明に係る光ディスク記録再生装置は、光ビームを射出する光源と、光源からの光ビームを記録再生ディスク上に照射する又はディスク面上で反射された反射ビームを受光する対物レンズと、反射ビームを電気信号に変換する受光手段とを有しスレッド上に配置される記録再生素子と、記録再生素子が記録再生ディスク上のしかるべき目標位置に対して記録再生するためにスレッドを記録再生ディスク半径方向にモータ駆動により粗動作するスレッドモータと、対物レンズを密動作するトラッキングアクチュエータと、記録再生素子を目標位置まで駆動するための制御信号の目標値とスレッドモータ及びトラッキングアクチュエータの実際の角度又は位置との差分に応じた誤差信号を検出する誤差信号検出手段と、誤差信号をディジタル信号に変換しディジタル化誤差信号を出力する信号変換手段と、ディジタル化誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することでトラッキングアクチュエータを動作制御する制御信号を算出する第１の制御演算手段と、スレッドモータを動作制御する制御信号を生成する第２の制御演算手段と、第１の制御演算手段及び第２の制御演算手段による演算結果をアナログ信号に変換してスレッドモータ及びトラッキングアクチュエータに出力する信号変換手段とを備え、制御信号に基づいてスレッドモータ及び／又はトラッキングアクチュエータの角度又は位置を目標値へ向けて動作制御するサーボ制御装置を備えた光ディスク記録再生装置において、第１の制御演算手段が低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行い、第２の制御演算手段もまた積分要素を用いてスレッドサーボ制御信号を生成することを特徴とする。
【００４８】
また、第２の制御演算手段は、トラッキング方向の誤差信号に関する第１の制御演算手段によって生成されたトラッキングアクチュエータの制御信号を用いてスレッドモータを動作制御する制御信号を生成してもよい。更に、第２の制御演算手段は、トラッキングアクチュエータのトラッキング方向位置又はトラッキング方向の誤差信号から算出されるトラッキング方向位置の推定値を用いてスレッドモータを動作制御する制御信号を生成してもよい。
【００４９】
このように、本発明では、粗サーボを制御する制御信号を生成する第１の制御演算手段における低周波数帯域強調の演算を積分演算で行うことにより、低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数は０となり、ディジタルフィルタの係数も１となるため、低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数に関しては乗算をする必要がなく係数語長を考慮する必要もない。また、ディスク回転周波数以下の周波数領域での外乱特性が改善し、振動衝撃、摩擦などの外乱に強くなる。
【００５０】
また、光ディスク記録再生装置に対しては、トラッキングサーボ制御系とスレッドサーボ制御系の相互作用を考慮し、スレッドサーボを制御する第２の制御演算手段に積分要素をもたせることにより、スレッド動作が不十分になることなく、良好に動作される。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、トラッキングサーボ制御における低周波数帯域強調を積分演算する構成とすることで、低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数に関する乗算をする必要がなく係数語長を考慮する必要もなくなる。これにより、係数語長を短くできるので、低周波数帯域強調をするためのフィルタを低いサンプリング周波数で駆動するなどの回路構成が必要なく回路規模を縮小できる。また、ディスク回転周波数以下の周波数領域での外乱特性が改善し、振動衝撃、摩擦などの外乱に対する耐性が高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
以下、本発明の具体例について図面を参照して詳細に説明する。本発明に係るサーボ制御系を適用した光ディスク記録再生装置を図１に示す。
【００５３】
光ディスク記録再生装置１は、光ディスク９０に対してデータを書き込む又は光ディスク９０に記録されているデータを読み取るための記録再生部２と、所定の演算処理を実行することにより本発明のサーボ制御を実行するサーボ制御装置としての制御演算部３とを備えている。
【００５４】
記録再生部２は、回転される光ディスク９０の各記録層に光ビームを合焦し、光ディスク９０の記録面で反射した戻り光を検出することにより誤差信号を生成し、これを制御演算部３へ送信する。記録再生部２は、半導体の再結合発光を利用した半導体レーザ等により構成され、所定の波長のレーザ光を出射するレーザ光源２１と、出射レーザ光と反射レーザ光とを分離する光分離部２２と、レーザ光源２１から出射されたレーザ光を光ディスク９０側へ導くとともに光分離部２２からのレーザ光を集光して光ディスク９０の各記録層に合焦させるとともに光ディスク９０からの戻り光を平行光にする対物レンズ２３と、光ディスク９０からの戻り光を受光してこれを光電変換する受光部２４と、制御演算部３からの制御信号に応じて記録再生部２を光ディスク９０の記録面に対して近接離間させる密動作を実現するための電磁アクチュエータ２５を備え、スレッド２０上に配置されている。
【００５５】
また、サーボ制御装置である制御演算部３は、受光部２４において生成された誤差信号を検出することによりトラッキングエラー信号を生成する誤差信号検出回路３１と、誤差信号検出回路３１において生成されたトラッキングエラー信号をＡ／Ｄ変換するＡＤ変換部３２と、ＡＤ変換部３２でディジタル化されたトラッキングエラー信号に応じて後述するスレッド駆動用モータ３９の制御信号を生成するスレッドサーボ制御演算回路３３と、ＡＤ変換部３２でディジタル化されたトラッキングエラー信号に応じて後述するアクチュエータ駆動回路３８の制御信号を生成するトラッキングサーボ制御演算回路３４を備える。また、制御演算部３は、スレッドサーボ制御演算回路３３で生成された制御信号をＤ／Ａ変換するＤＡ変換部３５と、トラッキングサーボ制御演算回路３４で生成された制御信号をＤ／Ａ変換するＤＡ変換部３６とを備えている。
【００５６】
また、光ディスク記録再生装置１は、光ディスク半径方向にスレッド２０全体を移動させる粗動作を実現するためのスレッド駆動用モータ３９を備えており、いわゆる２軸アクチュエータの密動作とスレッドの粗動作によって光ディスク上に記録された情報を追従することができる。ＤＡ変換された各制御信号は、スレッド駆動用モータ３９を駆動するためのモータ駆動回路３７及びアクチュエータ駆動回路３８に送られる。
【００５７】
トラッキングサーボ制御演算回路３４は、スレッド２０上に配置された光学系を光ディスク目標位置まで駆動するための制御信号の目標値と、受光部２４で生成された電磁アクチュエータ２５の実際の角度又は位置との差分に応じた誤差信号をディジタル信号に変換し、このディジタル化された誤差信号の低周波数帯域を強調し高周波数帯域を位相進み遅れ補償することでトラッキング方向の動作を実現する電磁アクチュエータ２５を動作制御する制御信号を算出しアクチュエータ駆動回路３８に送っている。
【００５８】
トラッキングサーボ制御演算回路３４で生成された制御信号は、ＤＡ変換されアクチュエータ駆動回路３８に送られる。電磁アクチュエータ２５は、制御信号にしたがって駆動され、誤差信号が小さくなるようレンズ部２３が水平方向に移動する。レンズ部２３は、軽量で高速駆動可能であるので、ディスク偏心などによるトラックずれに対する集光位置の追従は、電磁アクチュエータ２５によって行われる。
【００５９】
また、スレッドサーボ制御演算回路３３は、スレッド２０を動作させるスレッド駆動用モータ３９を動作制御する制御信号を生成している。スレッドサーボ制御演算回路３３での演算結果は、ＤＡ変換されスレッド駆動用モータ３９を駆動するための制御信号が生成される。生成された制御信号は、スレッドモータ３９に送られる。スレッド駆動用モータ３９は、制御信号にしたがって駆動され、誤差信号が小さくなるようスレッド全体が水平方向に移動する。
【００６０】
一般に、図１に示す光学系は、スレッド２０上に配置されており、ある程度の重量があるため高速駆動は難しい。このため、スレッド２０は、光学系の粗動作のために用いられる。例えば、ディスク内周から外周に連続的にトラッキング制御を行う場合には、レンズ部２３がトラッキングサーボ制御によりトラックずれに対応しつつ、スレッド２０が光学系全体を内周から外周に移動させるように動作する。
【００６１】
このとき、スレッド２０が良好に駆動されつつトラッキングサーボ制御が２軸アクチュエータの可動範囲内でトラックずれに十分対応できなければならない。更に、対物レンズ２３は、光学的特性上、２軸アクチュエータの中心位置（中立位置）近傍で駆動されることが望ましい。すなわち、トラックずれに対応する駆動が行われるとき、トラックずれ１周期にわたるレンズの平均位置がなるべく２軸アクチュエータの中立位置に近いことが望ましい。
【００６２】
上述したように、トラッキングサーボ（密サーボ）の低域強調を積分にすると係数語長も短く外乱にも強いことは、知られているが、低域強調を積分にするとトラッキングエラー信号が極めて小さくなり、トラッキングエラー信号低域成分からスレッドサーボ制御信号を生成する構成としたときにスレッド駆動量が極めて小さくなる。そのため、例えばディスク内周から外周への連続トラッキング制御を行う場合、特に、スレッドサーボ制御器が積分要素を含まないとスレッドが十分に動かず、トラッキングサーボ制御系がこれを補うために２軸アクチュエータが大きく動作して可動範囲を超えるため、正常なトラッキング制御が行えないという不具合があった。
【００６３】
そこで、本発明の一具体例として示す光ディスク記録再生装置１では、電磁アクチュエータ２５のサーボ制御における低周波数帯域を強調する演算を積分演算で行うとともに、スレッド２０を動作させるスレッド駆動用モータ３９を動作制御するスレッドサーボ制御信号もまた積分要素を用いて生成することを特徴としている。
【００６４】
このように、スレッド駆動用モータ３９を動作制御するスレッドサーボ制御信号を生成する処理と、密動作を実現する電磁アクチュエータ２５の動作制御のための制御信号を生成する処理の両方で、ディジタル化された誤差信号の低周波数帯域を強調する信号処理に積分を用いることにより、低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数は０となり、ディジタルフィルタの係数も１となるため、低周波数帯域強調の低域カットオフ周波数に関して乗算処理が必要なく、係数語長を考慮する必要もなくなるという利点がある。また、積分演算により低周波数帯域強調を行うことで、ディスク回転周波数以下の周波数領域での外乱特性が改善し、振動衝撃、摩擦などの外乱に強くなる。
【００６５】
以下、スレッドモータを動作制御する制御信号の算出と、トラッキングアクチュエータを動作制御する制御信号を算出する際の低周波数帯域強調とを積分で行うサーボ制御系の具体例について図面を用いて説明する。図１に示す光ディスク記録再生装置１のトラッキングサーボ制御演算回路３４によるアクチュエータ駆動回路３８の制御信号の生成、またこの制御信号による電磁アクチュエータ２５の駆動制御等の制御系を示す制御構成図を図２に示す。
【００６６】
点線で囲まれている範囲が制御対象全体であり、制御対象４１が２軸アクチュエータ５１  Ｐ（ｓ）及びスレッド５２  Ｓ（ｓ）からなる。そして、電磁アクチュエータ２５を動作制御する制御信号を算出する際の低周波数帯域強調を積分で行う制御器４０と、スレッドサーボ制御信号を積分で生成するスレッドサーボ制御器５６  Ｋ２（ｓ）とを備える。
【００６７】
２軸アクチュエータ位置ｙpとスレッド位置ｙｓが加算器５３において加算されて最終的なレンズ位置ｙが決まる。Ｇｓｐ５４は、スレッドから２軸アクチュエータへの干渉項であり、スレッドを動作させたときに２軸アクチュエータに加わるトルクを示す。なお、図２のように、干渉項Ｇｓｐ５４を加算器５５において制御信号ｕ１に加算する構成と考えることができるが、以降で考察する定常状態では、スレッドから２軸アクチュエータへの影響が非常に小さいと考えられるため、Ｇｓｐ＝０と考えることができる。
【００６８】
図２のように、トラッキングサーボ制御における低域強調を積分で行って、かつスレッドサーボ制御器５６Ｋ２（ｓ）として、積分処理を行うＰＩＤ制御器等を用いると、Ｋ２ｄ（０）が０となり、エラー信号の定常値ｅｓは、（１１）式より０となり、問題ないことがわかる。また２軸アクチュエータ位置の定常値ｙｐｓは（１２）式より定数になる。２軸アクチュエータ位置の定数は、スレッドサーボ制御器５６のゲインＫ２ｎ（０）が大きいほど小さくなるため、調整により可動範囲を超えずに正常な制御が行える。
【００６９】
また、トラッキングサーボ制御器４０の出力をスレッドサーボ制御器５６の入力としてもよい。更に、２軸アクチュエータ位置信号若しくは位置推定値をスレッドサーボ制御器５６の入力とすることもできる。続いて示す例は、トラッキングサーボ制御器４０の出力をスレッドサーボ制御器５６に入力する構成の例である。図３に示す制御系では、トラッキングサーボ制御部４０がスレッドサーボ制御器３６に入力されている。
【００７０】
この構成は、低周波数帯域強調の方法にかかわらず一般的に用いられている。このときのランプ入力に対するエラー信号ｅ、２軸アクチュエータ位置ｙpの定常偏差は、同様に最終値定理より、（１３）、（１４）式で求められる。この場合、エラー信号の定常値は、０となる。また、２軸アクチュエータ位置の定常値は定数になり、２軸アクチュエータの可動範囲を超えず正常な制御が行える。更にスレッドサーボ制御系の制御器に積分が含まれていれば、２軸アクチュエータの定常置も０となり、対物レンズの中心で良好な信号検出が行える。
【００７１】
【数１３】
2006344311.tif 000015
【００７２】
【数１４】
2006344311.tif 000016
【００７３】
なお、図３に示す制御系は、図４に示した制御系のように書き直すことができるので、図４に示す制御系は、スレッドサーボ制御器５２に１次若しくは２次の積分要素をもつ場合と考えることもできる。
【００７４】
更に、トラッキングサーボ制御において、低周波数帯域強調を積分で実現したときのスレッドサーボ制御の挙動について、図５若しくは図６に示す制御対象Ｐ（ｓ）の位置信号ｙｐ若しくは位置推定値をスレッドサーボ制御系の入力とする構成の例について説明する。図５に、制御対象５１である２軸アクチュエータの位置信号ｙｐをスレッドサーボ制御器５６の入力とする場合について示す。図５の構成例は、現実的には、図６に示すように、直接２軸アクチュエータ位置を検出せずに制御器４０  Ｋ１（ｓ）の出力である制御信号ｕ１から位置推定値を算出する演算器５７を備えて、この演算器５７の出力をスレッドサーボ制御器５６に入力してスレッドサーボ制御を行う形で実装することもできる。外乱入力等を考えると演算器５７と制御対象５１である２軸アクチュエータの両者の差を考慮する必要があるが、原理的には、図６に示す制御系の構成は、図５と同等である。したがって以下の解析では両者同等に考えてよい。このときのランプ入力に対するエラー信号ｅ、２軸アクチュエータ位置ｙpの定常偏差は、同様に最終値定理より、（１５）、（１６）式で求められる。
【００７５】
【数１５】
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【００７６】
【数１６】
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【００７７】
この場合もエラー信号の定常値は０となる。また、２軸アクチュエータ位置の定常値は定数になり、２軸アクチュエータの可動範囲を超えず正常な制御が行える。更にスレッドサーボ制御系の制御器に積分が含まれていれば、２軸アクチュエータの定常置も０となり、対物レンズの中心で良好な信号検出が行える。
【００７８】
以上のように、トラッキングサーボ制御系とスレッドサーボ制御系の相互作用を考慮すると、トラッキングサーボ制御系の低周波数帯域強調を積分で実現する場合は、スレッドサーボ制御器に積分要素をもたせることにより、またトラッキングサーボ制御器出力をスレッドサーボ制御器に入力する構成とすることによりアクチュエータ位置の定常値が定数になり、２軸アクチュエータの可動範囲を超えず正常なスレッド制御を実現できる。更に、スレッドサーボ制御器の入力をトラッキングサーボ制御器の出力にした場合、またはスレッドサーボ制御器の入力をレンズ位置若しくはレンズ位置の推定値にした場合も２軸アクチュエータ位置の定常値は０となり、対物レンズの中心で良好な信号検出が行える。
【００７９】
以上のような構成とすることでトラッキングサーボ制御器にも積分要素を含ませることにより、低周波数帯域強調を積分で行う利点を生かし、係数語長を短くしても従来装置と同等のサーボ制御性能を実現できる。
【００８０】
なお、図２乃至図６等に示したスレッドモータ制御系は、本発明の要旨を逸脱しない範囲でモータ以外の回転系や直動系に適用可能である。光ディスク記録再生装置では、トラッキングサーボ制御系のほかフォーカスサーボ制御系に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る光ディスク記録再生装置を説明する構成図である。
【図２】上記光ディスク記録再生装置におけるトラッキングサーボ制御系とスレッドサーボ制御系とを合わせた制御系を示す構成図である。
【図３】トラッキングサーボ制御系とスレッドサーボ制御系とを合わせ低周波数体域強調を積分で行う制御系においてトラッキングサーボ制御器の出力をスレッドサーボ制御器の入力とする場合を説明する構成図である。
【図４】図３に示す制御系と等価な別の実現例を説明する構成図である。
【図５】制御対象である２軸アクチュエータの位置信号ｙｐをスレッドサーボ制御器の入力とする場合を説明する構成図である。
【図６】図５に示す制御系と等価な別の実現例を説明する構成図である。
【図７】上記光ディスク記録再生装置におけるサーボ制御系を説明する構成図である。
【図８】上記光ディスク記録再生装置におけるサーボ制御系をディジタル制御系としたときの構成図である。
【図９】上記光ディスク記録再生装置におけるサーボ制御部の周波数特性を説明する特性図である。
【図１０】低周波数帯域強調を積分で実現したときの外乱特圧特性を説明する特性図である。
【図１１】制御器Ｋ（ｚ）を係数語長１６ｂｉｔ、１５ｂｉｔ、１４ｂｉｔで実現したときの制御器周波数特性を示す特性図である。
【図１２】制御器を並列構成で実現した一例を示す回路図である。
【図１３】従来の光ディスク記録再生装置におけるサーボ制御系を示す構成図である。
【符号の説明】
【００８２】
１    光ディスク記録再生装置、  ２    記録再生部、  ３    制御演算部、  ２０    スレッド、  ２１    レーザ光源、  ２２    光分離部、  ２３    対物レンズ、  ２４    受光部、  ２５    電磁アクチュエータ、  ３１    誤差信号検出回路、  ３２    ＡＤ変換部、  ３３    スレッドサーボ制御演算回路、  ３４    トラッキングサーボ制御演算回路、  ３５    ＤＡ変換部、  ３６    ＤＡ変換部、  ３７    モータ駆動回路、  ３８    アクチュエータ駆動回路、  ３９    スレッド駆動用モータ、  ４０    制御器、  ４１    制御対象、  ５１    ２軸アクチュエータＰ（ｓ）、  ５２    スレッドＳ（ｓ）、  ５３    加算器、  ５４    干渉項、  ５５    加算器、  ５６  スレッドサーボ制御器
【図１】
2006344311.tif 000019
【図２】
2006344311.tif 000020
【図３】
2006344311.tif 000021
【図４】
2006344311.tif 000022
【図５】
2006344311.tif 000023
【図６】
2006344311.tif 000024
【図７】
2006344311.tif 000025
【図８】
2006344311.tif 000026
【図９】
2006344311.tif 000027
【図１０】
2006344311.tif 000028
【図１１】
2006344311.tif 000029
【図１２】
2006344311.tif 000030
【図１３】
2006344311.tif 000031